㈠ 纳米技术的发展史是怎样的
20世纪人类的科学技术发生了翻天覆地的变化,人类对微观世界有了更深认识,随着对微观世界了解的逐步增多,人们认识到实际上微观世界里同样奥妙无穷,别有洞天。
早在20世纪50年代美国著名物理学家费曼就提出了要在小处做文章的想法。他说以前人类都是把能够看得见的东西做成各种形状,得到各种工具,为什么不能从单个分子甚至原子出发而组装制造物品呢。费曼憧憬说:“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,制造产品将会产生怎样的奇迹?”今天伴随着纳米科技的一步步发展,费曼提出的设想正在逐渐变成现实梦想将以实现。
1990年,美国贝尔实验室推出惊世之作——一个跳蚤般大小,但“五脏俱全”的纳米机器人诞生了。
1990年7月,在美国巴尔的摩同时举办了第一届国际纳米科学技术会议和第五届国际扫描隧道显微学术会议,标志着纳米科技的正式诞生,科学家们正式提出了纳米材料学、纳,米生物学、纳米电子学和纳米机械学的概念,并决定出版《纳米技术》、《纳米生物学》和《纳米结构材料》三种国际性专业期刊。从此,一门崭新的具有潜在应用前景的科学技术——纳米科技成为了全世界科技界的密切关注的焦点。
诺贝尔物理学奖获得者、美国哥伦比亚大学的斯托默说:“纳米技术给了我们工具来摆弄自然界的极端——原子和分子。万物都由它们而构成……创造新事物的可能性看来是无穷无尽的。”诺贝尔化学奖获得者、美国康奈尔大学的霍夫曼说:“纳米技术是一种天才的方法,能够对各种大小、性质错综复杂的结构进行控制。这是未来的方法,精确而且对环境保护十分有利。”一时间,“纳米热”遍及全球,世界各国纷纷制造出了对纳米科技的相关战略和计划,并且还投入巨资来抢夺纳米研究。
从纳米科技诞生之日起,纳米科技就不断取得了各种新的研究成果。其显著特点是,基础研究和应用研究的衔接十分紧密,实验室成果的转化速度之快出乎人们的预料。令人们感到十分惊讶。1989年,美国斯坦福大学搬动原子团写下了“斯坦福大学”的英文名字。1991年,在日本首次发明和制作纳米碳管,它的质量是相同体积钢的1/6,而强度却是钢的10倍,于是,纳米碳管立刻成为纳米的技术热点。1992年,日本着手研制能进处人人体血管进行手术的微型机器人,从而引发了一场医学革命。1993年,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子并且写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有了一席之地。1994年,美国着手研制“蚊子”导弹、“麻雀”卫星、“苍蝇”飞机、“蚂蚁”士兵等。1995年,科学家研究并证实了纳米碳管是可以用来制作壁挂电视。1996年,我国实现纳米碳管大面积定向生长。显示出了我们对纳米技术的进一步发展1997年,法国全国科学研究中心和美国IBM公司共同研制成功第一个分子级放大器,其活性部分是一个直径只有0?7纳米的碳分子,因而把电子元件缩小1万倍,标志着纳米技术开始进入实用阶段。1998年,被誉为“稻草变黄金”的纳米金刚石粉被我国研究人员成功地研制出来了。同年,美国明尼苏达大学和普林斯顿大学成功地制备出量子磁盘。这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系,美国商家已组织有关人员将这项技术迅速转化为产品,纳米技术逐步走向市场,预计2005年市场销售额可达400亿美元。
1999年,韩国制成纳米碳管阴极彩色显示器样管。1999年7月,美国加利福尼亚大学与惠普公司合作研制成功100纳米芯片;美国正在研制量子计算机和生物计算机;美国柯达公司成功地研制了一种既具有颜料,又具有染料功能的新型纳米粉体,预计将给彩色印像业带来一次创新性、革命性的变革……
看来在纳米这样如此微小的境地,还真是别有洞天,大有可为。科学家们相信有一天纳米会走人我们的日常生活,为我们创造出各种现在不敢想象的奇迹。
㈡ 美国军服对纳米技术的应用还有哪些
美国军服研究者还希望利用纳米材料最终制作的新军服面料具有较高的弹性、很轻的质地以及极高的强度和韧性,并能发挥防弹服的功用。据消息灵通人士透露,为提高士兵生存能力,美国军方正在研制高科技的锁子甲,使士兵免受子弹或生物武器的伤害。在士兵断腿时军服可变成石膏一样的物质。当士兵遭到化学武器袭击时,这种军服可以自动释放解毒剂。科学家相信,通过在结构中加入新的纳米技术成果就能做到这一点。
㈢ 美国对纳米技术研究的成果主要有哪些
1989年,美国斯抄坦福大学搬动原子团写下了“斯坦福大学”的英文名字。1994年,美国着手研制“麻雀”卫星、“蚊子”导弹、“苍蝇”飞机、“蚂蚁”士兵等。1998年,美国明尼苏达大学和普林斯顿大学成功地制备出量子磁盘。这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系,美国商家已组织有关人员将这项技术迅速转化为产品,预计2005年市场销售额可达400亿美元。1999年7月,美国加利福尼亚大学与惠普公司合作研制成功100纳米芯片。
㈣ 纳米的成果
9月27日,中国科学院化学所的专家宣布研制成功新型纳米材料———超双疏性界面材料。这种材料具有超疏水性及超疏油性,制成纺织品,不用洗涤,不染油污;用于建筑物表面,防雾、防霜,更免去了人工清洗。专家称:纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域,将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”。 随着科学家的一次次努力,“纳米”这个几年前对我们还十分生疏的字眼,眼下却频频出现在我们的视线。 纳米是一个长度单位,1纳米等于十亿分之一米,20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。90年代起,各国科学家纷纷投入一场“纳米战”:在0.10至100纳米尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性。
中国当然不甘人后,1993年,中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地,并居于国际科技前沿。
1998年,清华大学范守善小组在国际上首次把氮化镓制成一维纳米晶体。同年,我国科学家成功制备出金刚石纳米粉,被国际刊物誉为:“稻草变黄金———从四氯化碳制成金刚石。”
1999年,北京大学教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面,并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。
中科院成会明博士领导的研究组合成出高质量的碳纳米材料,被认定为迄今为止“储氢纳米碳管研究”领域最令人信服的结果。
中科院物理所研究员解思深领导的研究组研制出世界上最细的碳纳米管———直径0.5纳米,已十分接近碳纳米管的理论极限值0.4纳米。这个研究小组,还成功地合成出世界上最长的碳纳米管,创造了“3毫米的世界之最”。
在主题为“纳米”的争夺战中,中国人频频露脸,尤其在碳纳米管合成以及高密度信息存储等领域,中国实力不容小觑。科学界的努力,使“纳米”不再是冷冰冰的科学词,它走出实验室,渗透到百姓的衣食住行中,居室环境日益讲究环保。传统的涂料耐洗刷性差,时间不长,墙壁就会变得斑驳陆离。现在有了加入纳米技术的新型油漆,不但耐洗刷性提高了十多倍,而且有机挥发物极低,无毒无害无异味,有效解决了建筑物密封性增强所带来的有害气体不能尽快排出的问题。
人体长期受电磁波、紫外线照射,会导致各种发病率增多或影响正常生育。现在,加入纳米技术的高效防辐射服装———高科技电脑工作装和孕妇装问世了。科技人员将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中,制成了可阻隔95%以上紫外线或电磁波辐射的“纳米服装”,而且不挥发、不溶水,持久保持防辐射能力。同样,化纤布料制成的衣服因摩擦容易产生静电,在生产时加入少量的金属纳米微粒,就可以摆脱烦人的静电现象。白色污染也遭遇到“纳米”的有力挑战。科学家将可降解的淀粉和不可降解的塑料通过特殊研制的设备粉碎至“纳米级”后,进行物理结合。用这种新型原料,可生产出100%降解的农用地膜、一次性餐具、各种包装袋等类似产品。农用地膜经4至5年的大田实验表明:70到90天内,淀粉完全降解为水和二氧化碳,塑料则变成对土壤和空气无害的细小颗粒,并在17个月内同样完全降解为水和二氧化碳。专家评价说,这是彻底解决白色污染的实质性突破。
从电视广播、书刊报章、互联网络,我们一点点认识了“纳米”,“纳米”也悄悄改变着我们。纳米精确新闻 1959年理论物理学家理查·费伊曼在加州理工学院发表演讲,提出,组装原子或分子是可能的。
1981年,科学家发明研究纳米的重要工具———扫描隧道显微镜,原子、分子世界从此可见。
1990年,首届国际纳米科技会议在美国巴尔的摩举办,纳米技术形式诞生。
1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是铁的10倍,成为纳米技术研究的热点。
继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字,1999年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字。
1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,这种技术可用于研制速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。同年,美国纽约大学科学发现,DNA可用于建造纳米层次上的机械装置。
1999年,巴西和美国科学家在进行碳纳米管实验时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。同年,美国科学家在单个分子上实现有机开关,证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。 纳米花边新闻倾听细菌游弋
美国加利福尼亚州Pasadena市的喷气飞机推进器实验室目前正在研制一种被称为“纳米麦克风”的微型扩音器,据《商业周刊》报道,这种微型传感器可以使科学家倾听到正在游弋的单个细菌的声音,以及细胞体液流动的声音。这种人造纳米麦克风由细微的碳管制成,正是因为构成物体积细小和灵敏度极高,这种麦克风才能够在受到非常小的压力作用下作出反应,使得对其进行监测的研究人员获得相关的声音信息。
利用这种新产品,科学家将可以对其他星球上是否存在生命进行探测,可以探测到生物体内单个细胞的生长发育。这一仪器研制项目已获得美国航空航天局(NASA)的批准,而且NASA还向上述实验室提供了必要的技术支持。
㈤ 美国是如何重视纳米技术研究的
1991年,美国正式把纳米技术列入“国家关键技术”和“2005年的战略技术”,并指出:对先进的纳米技术的研究,可能导致纳米机械装置和传感器的产生……纳米技术的发展可能使许多领域产生突破性进展。1996年,以美国国家科学基金会为首的十几个政府部门联合出资,委托世界技术评估中心对“纳米结构的科学和技术”的研究开发现状和发展趋势进行调研。为此,该中心成立了一个8人小组,自1996~1998年调查研究了3年,除了在美国国内调查之外,该专家组还走访了西欧、日本和我国台湾的42所大学、工业公司和国家实验室。
㈥ 科学家们最新的纳米技术研究成果是什么
科学家的最新研究成果是,用DNA制造出了一种纳米级的镊子。这种超微型镊子,能够钳起分子或原子并对它们随意组合,使制造纳米机械变得容易多了。将来这种镊子还可以成为纳米机械的一个组成部分。
㈦ 世界各国对纳米技术领域的态度是怎样的
目前,纳米技术广泛应用于光学、医药、半导体、信息通讯。科学家为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图:纳米电子学将使量子元件代替微电子器件,巨型计算机能装入我们的口袋里;通过纳米化,易碎的脆弱性强的陶瓷可以变成韧性的,成为一种重要的材料,用它做成的装甲车重量轻,并可以抵御射来的炮弹;世界上有可能还将出现1微米以下的机器,甚至机器人;纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径。
科学家相信纳米技术未来的应用将远远超过计算机技术,并成为未来科技时代、信息时代的核心。纳米技术突起,受到全世界的关注,世界各主要国家均把纳米科技当作在未来最有可能取得突破的科学和工程领域。那么世界各国如何开始进行这场没有硝烟的纳米技术争夺战的呢?
1991年,美国正式把纳米技术列入“国家关键技术”和“2005年的战略技术”,并指出:对先进的纳米技术的研究,可能导致纳米机械装置和传感器的产生……纳米技术的发展可能使许多领域产生突破性进展,它的应用领域将会得到更一步的扩展。
1996年,以美国国家科学基金会为首的十几个政府部门联合出资,委托世界技术评估中心对“纳米结构的科学和技术”的研究开发现状和发展趋势进行调研。为此,该中心成立了一个8人小组,自1996~1998年调查研究了3年,除了在美国国内调查之外,该专家组还走访了西欧、日本和我国台湾的42所大学、工业公司和国家实验室。通过这些研究、调查之后专家们得到了两个重要发现:一是以纳米技术制成的材料,可以得到全新的性能;二是纳米技术涉及的学科范围极广,许多新的发现都是在各学科的交叉点上。该小组的调查结果发现了两个引起美国值得重视的问题:一是在纳米技术研究经费方面政府的投入,1997年各国财政投入就接近5亿美元,其中西欧为1?28亿美元,日本为1?2亿美元,美国为1?16亿美元,而其他各国和地区总计才0?7亿美元,即从这个数安看来美国在这方面的投资已经开始落后于西欧和日本;二是美、日、欧在纳米技术方面的实力竞争中,美国仅在合成、化学制品和生物学方面领先,而在纳米仪器设备、纳米器件、超精密工程、陶瓷和其他结构材料方面相对滞后,日本在纳米器件和强化纳米结构方面有优势,欧洲在分散物、涂层和新仪器方面较强,同时日本、德国、英国、瑞典、瑞士等正在纳米技术的一些特定领域建立了优秀的纳米技术中心。
1998年4月,美国总统科技顾问莱思曾经说:“如果我被问及明日最能产生突破的一个科技领域,我将指出这是纳米科学和技术。”
1999年1月,美国国家科学基金会发表了一个声明,指出:“当我们进入21世纪的时候,纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大影响,至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人工合成聚合物那样。它是我们值得关注的焦点”
“纳米技术将与信息技术和生物技术一样,对21世纪经济、国防和社会产生重大影响,并可能引导下一场工业革命。”
“纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。”
“70年代重视微米技术的国家如今都成为发达国家,现在重视纳米技术的国家很可能成为下一世纪的先进国家。”
“纳米技术将对人类产生深远的影响,甚至改变人们的传统思维方式和生活方式。”
美国《商业周刊》将纳米技术列为21世纪可能取得重要突破的领域之一。
鉴于纳米技术的重要性,为了确保21世纪前半个世纪美国在经济方面的领导地位和国家的安全,美国政府认为开创纳米技术的大好进机到来了。美国国家科技委员会在上述调研的基础上,拟定了“国家纳米技术计划(NNI)”。
美国国家纳米技术计划(NNI)的“能源”项目中列出了8项优先研究项目,其中6项是关于纳米材料的。
就在2000年1月,美国总统克林顿在加州理工学院正式宣布了美国的国家纳米技术计划(NNI),并在2001年财政年度计划中增加科技支出26亿美元,其中近5亿美元用于发展纳米技术。在这次计划中克林顿说:“我的预算支持一个比较重要的、新的国家纳米技术计划,即在原子和分子水平上操纵物质的能力,价值为5亿美元。试着想象一下这些纳米材料将10倍于钢的强度而重量只有其几分之一;国会图书馆内所有信息可以压缩在一块拇指大的硅片上;当癌病变只有几个细胞那样大小时就可以探测到。我们的某些目标可能需要20年或更长的时间才能达到,但这恰恰是为什么联邦政府要在此起重要作用的原因。”
对于纳米技术的前途和地位问题,美国政府总结得出的结论是:众所周知,集成电路的发明创造了“硅时代”和“信息时代”,而纳米技术在总体上对社会的冲击力和影响力将远远比集成电路大得多,它不仅应用在电子学方面,还可以用到其他很多方面。有效的产品性能改进和制造业方面的发展,将在21世纪引起许多领域的产业革命。因此,应把纳米技术作为科学技术的最优先地位。据说,克林顿宣布的美国国家纳米技术计划中原来还有一个副标题:“领导下一次工业革命。”这才是美国真正的动机、目标和野心——试图像微电子那样也在纳米技术这一领域独占老大地位,成为世界科技的领头羊。为此,美国还成立了一个纳米科学技术工程协作小组,该小组由物理学家、化学家、生物学家和工程师组成并准备成立10个纳米中心,目标是尽快将纳米技术这一可行性变成现实。
日本早在20世纪80年代初就斥巨资资助纳米技术研究。从1991年起又实施一项为期10年、耗资2?25亿美元的纳米技术研究开发计划。日本制定的关于先进技术开发研究规划中有12个项目与纳米技术有关,右见日本对纳米技术的关注程度。在21世纪刚刚到来的时候,鉴于美国政府把纳米技术列为国家技术发展战略目标,日本政府不会忘记20世纪美国在信息高速公路发展中表现出的战略眼光,这一历史教训不得不迫使日本政府把纳米技术作为今后日本科研的新重点,投入研究开发经费约3?1亿美元,并设立了专门的纳米材料研究中心,力争在这一高新技术领域中不落后于美国。日本决定从2001年起,开始实行政府、工厂、学校联合攻关的方法加速开发这一高新技术。在未来5年科技基本计划中,把以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通讯、环境保护并列为4大重点发展领域。纳米级材料的制造技术和功能,通讯用高速度、高密度的电子元件和光存储器等都将成为研究重点。日本的目的是组建“世界材料中心”,以提高其材料技术的国际竞争力,主要开展无机材料特别是陶瓷材料技术的研究和开发——“因为纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径”。
在欧洲,德国于1993年就提出了今后10年重点发展的9个关键技术领域,其中4个领域就涉及纳米技术。最近,德国以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中心,并且政府每年出资6500万美元支持微型技术的研究和开发。德国还拟建立或改组6个政府与企业联合的研发中心,并启动国家级的纳米技术研究计划。已取得的重大成果有纳米秤、原子激光束等。
法国最近决定投资8亿法郎建立一个占地8公顷、建筑面积为6万平方米、拥有3500人的微米/纳米技术发展中心,配备最先进的仪器和超净室,并成立微米/纳米技术之家。
英国在20世纪90年代初期就已先后实施了三项有关纳米技术的研究计划,现在有上千家公司、30多所大学、7个研究中心积极进行纳米技术的应用开发,主要进行纳米技术在机械、光学、电子学等领域的应用研究。
欧盟从1998年开始正式执行第5个框架计划,材料技术仍然是其中主要的领域之一,总投入约5?4亿欧元。提出了用纳米技术改变材料的生产工艺,提高材料和产品的性能,扩大其应用领域。到目前为止,欧洲已有50所大学、100个国家级研究机构在开展纳米技术的研究。各国都纷纷对纳米技术作出了巨大的投资,比如西方发达国家纳米科技领域的投资以年均25%的速度增长,总投资达100亿美元。
从美国到日本再到欧洲,各国都不甘心在纳米技术研究领域落后,我国也不能落在别国的后边,我们的科技人员在纳米技术的研究中也做出了不少出色的工作。
其实,我国对纳米科技的重要性早就有所认识,想方设法从经费上给予了一定的支持。从各种科研计划到相关的重点、重大项目,政府都给予很大的资金支持,但与发达国家相比,投入经费相差很大,但这并不代表我们国家的不重视。
我国拥有一支比较精干的纳米科研队伍,他们主要集中于中科院和国内一批知名高校;我国的研究力量主要是纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用等方面。尤其是在纳米材料方面获得了重要的进展,并引起了国际上的关注。
1993年,中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着我国进入国际纳米技术前沿,最终在国际纳米研究中占据了一度属于我们的地位。1998年。清华大学范守善小组在国际上首次制备出直径3~50纳米、长度达微米级的发蓝光氮化镓半导体的一维纳米棒。不久,中科院物理所解思深小组合成了当时世界上最长(达3纳米)、直径最小(0?5纳米)的“超级纤维”纳米碳管。1999年,中科院金属所成会明制备了高质量的半壁纳米碳管,并测定了其储氢容量。2000年,中科院金属所卢柯在国际首次发现纳米晶体铜的室温延展超塑性,纳米晶体铜在室温下竟然可拉伸50倍而不断裂。
1995年,德国科技部对各国在纳米技术方面的相对领先程度的分析中,认为我国在纳米材料方面与法国同列为第5等级,前4个等级依次为日本、德国、美国、英国和北欧。
我国科学家已经研制出迄今世界上信息存储密度最高的有机材料,将信息存储点的直径缩小到了0?6纳米,从而在超高密度信息存储研究上再创“世界之最”,保持了从1996年起就占据的国际领先地位。信息存储、传输和处理将是提高社会整体发展水平最重要的保障条件之一,也是世界各国高技术竞争的焦点之一。
㈧ 我国对纳米技术研究取得的成果有哪些
1993年,中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着内我国进入国际纳米技容术前沿。1998年。清华大学范守善小组在国际上首次制备出直径3~50纳米、长度达微米级的发蓝光氮化镓半导体的一维纳米棒。不久,中科院物理所解思深小组合成了当时世界上最长(达3纳米)、直径最小(0.5纳米)的“超级纤维”纳米碳管。1999年,中科院金属所成会明制备了高质量的半壁纳米碳管,并测定了其储氢容量。2000年,中科院金属所卢柯在国际首次发现纳米晶体铜的室温延展超塑性,纳米晶体铜在室温下竟然可拉伸50倍而不断裂。
㈨ 美国各界如何看待纳米技术的
1998年4月,美国总统科技顾问莱思说:“如果我被问及明日最能产生突破的一个科技领域,我将指出这是纳米科学和技术。”1999年1月,美国国家科学基金会发表了一个声明,指出:“当我们进入21世纪的时候,纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大影响,至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人工合成聚合物那样。”美国《商业周刊》将纳米技术列为21世纪可能取得重要突破的领域之一。美国国家纳米技术计划(NNI)的“能源”项目中列出了8项优先研究项目,其中6项是关于纳米材料的。